第四章模拟调制信号数字传输.ppt

1 1 第四章 模拟信号的数字传输 4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码 宽平稳随机信号的抽样定理 图 PAM、PDM、PPM信号波形 均匀量化的主要缺点： 是量化信噪比会随着信号电平的减小而下降。产生这一现象的原因就是均匀量化时的量化级间隔Δ为固定值，而量化误差不管输入信号的大小，均在(－Δ/2，+Δ/2)内变化。故大信号时量化信噪比大，而小信号时则量化信噪比小。 对于语音信号来说，小信号出现的概率要大于大信号出现的概率，这就使得平均信噪比下降。为了改善小信号量化信噪比，可以采用量化间隔非均匀的方法，即非均匀量化。非均匀量化是一种非线性量化。 A律13折线压扩特性 4.5 脉冲编码调制系统 4.6.3 增 量 调 制（ΔM） 简单ΔM系统框图之一 4.7 图像压缩编码 4.7.2模拟图像的数字化 4.7.3图像压缩编码技术 几种常用的图像压缩编码方法 考虑到eq(t)的最小周期大致是抽样频率fs的倒数，而且大于1/fs的任意周期都可能出现。因此，可近似认为上式的量化噪声功率谱在(0，fs)频带内均匀分布，则 若接收端低通滤波器的截止频率为fm，则经低通滤波器后输出的量化噪声功率为 单边功率谱密度 由此可见，ΔM系统输出的量化噪声功率与量化台阶σ及比值(fm/fs)有关，而与信号幅度无关。当然，这后一条性质是在未过载的前提下才成立的。 信号越大，信噪比越大。对于正弦信号有 信号功率最大值 因此在临界振幅条件下，系统最大的量化信噪比为 临界过载振幅 上式是ΔM的最重要的公式。它表明：  简单ΔM的信噪比与抽样速率fs成立方关系，即fs每提高一倍，量化信噪比提高 9dB。因此，ΔM系统的抽样速率至少要在16kHz以上，才能使量化信噪比达到15dB以上，而抽样速率在32kHz时，量化信噪比约为26 dB，只能满足一般通信质量的要求。 量化信噪比与信号频率fk的平方成反比，即fk每提高一倍，量化信噪比下降 6 dB。因此，简单ΔM时语音高频段的量化信噪比下降。 信道加性噪声会引起数字信号的误码，接收端由于误码而造成的误码噪声功率Ne为 式中，f1是语音频带的下截止频率。 误码信噪比 可见，在给定f1、fs、fk的情况下，ΔM系统的误码信噪比与Pe成反比。  总信噪比 误码信噪功率比  PCM系统中的抽样速率fs是根据抽样定理来确定的。若信号的最高频率为fm，则fs≥2fm。对语音信号，取fs=8kHz。  PCM与ΔM系统的比较  PCM和ΔM都是模拟信号数字化的基本方法。ΔM实际上是DPCM的一种特例，所以有时把PCM和ΔM统称为脉冲编码。但应注意，PCM是对样值本身编码，ΔM是对相邻样值的差值的极性（符号）编码。这是ΔM与PCM的本质区别。  抽样速率 4.5.3 PCM系统的抗噪声性能 影响PCM的系统性能将涉及两种噪声：量化噪声和信道加性噪声。由于这两种噪声的产生机理不同，故可认为它们是互相独立的。 PCM系统原理框图 总信噪比 设m(t)在[-a, a]上概率密度均匀分布，对m(t)进行均匀量化，其量化级数为M，结合公式，在不考虑信道噪声条件下，有 该式表明，PCM系统输出端的量化信噪比与系统带宽B成指数关系，充分体现了带宽与信噪比的互换关系。 量化信噪比 下面讨论信道加性噪声的影响。信道噪声对PCM系统性能的影响表现在接收端的判决误码上，二进制“1”码可能误判为“0”码，而“0”码可能误判为“1”码。由于PCM信号中每一码组代表着一定的量化抽样值，所以若出现误码，被恢复的量化抽样值将与发端原抽样值不同，从而引起误差。  在假设加性噪声为高斯白噪声的情况下，每一码组中出现的误码可以认为是彼此独立的，并设每个码元的误码率皆为Pe。另外，考虑到实际中PCM的每个码组中出现多于1位误码的概率很低，所以通常只需要考虑仅有1位误码的码组错误。 例如，若Pe=10-4，在8位长码组中有1位误码的码组错误概率为P1=8Pe=1/1250，表示平均每发送1250个码组就有一个码组发生错误；而有2位误码的码组错误概率为P2=C82Pe2=2.8×10-7。显然P2P1，因此只要考虑1位误码引起的码组错误就够了。  由于码组中各位码的权值不同，因此，误差的大小取决于误码发生在码组的哪一位上，而且与码型有关。以l位长自然二进码为例，自最低位到最高位的加权值分别为20, 21, 22, 2i-1 , … , 2l-1，